Samenvatting Productietechnologie 2
H1-2
Tempering
Temperen wordt gedaan om de brosse en harde structuur van martensiet weer wat taaier en ductieler
te maken. Dit wordt gedaan door het gevormde martensiet terug om te warmen tot boven Ms waardoor
je weer cementiet en ferriet krijgt. Daarna ga je weer traag afkoelen. Dit is getempered martensiet en is
veel taaier en ductieler. Je boet in op sterkte.
Is vaak nodig voor dingen zoals de binnenkant van tandwielen die niet even sterk moet zijn als de
buitenkant/ tanden.
Martempering
Dit is een alternatief op temperen om problemen van scheuren te vermijden die voorkomen bij normaal
temperen.
Werkwijze:
1. Werkstuk wordt tot net boven martensiet temperatuur gebracht (Ms) en hier even gehouden
totdat de temperatuur uniform is over heel het stuk.
2. Hierna wordt het werkstuk in lucht of olie ondergedompeld waarna het afkoelt tot
kamertemperatuur = quenching. Deze stap vermijd dat er perliet, austeniet of bainiet wordt
gevormd.
3. Nu hebben we martensiet. Om de taaiheid en ductiliteit weer op te drijven gaan we die terug
verwarmen tot boven Ms (iets boven omgevingstemperatuur). Dan terug afkoelen in lucht zodat
het materiaal een trage en gecontroleerde afkoeling ondergaat.
Austempering
Dit is ook een alternatief op tempering om scheuren die door temperen ontstaan te vermijden.
1. Werkstuk wordt afgekoeld tot net boven Ms en hier gehouden tot er bainiet wordt gevormd.
Deze microstructuur is stabieler dan martensiet. Verdere koeling maakt geen martensiet meer.
Waarom dit niet gewoon doen? Kan heel duur worden want afhankelijk van koolstofgehalte kan dit heel
lang duren.
Normaliseren
Nadat je staal hebt gevormd, dus perliet hebt gevormd, ga je terug verwarmen tot boven
eutectoïdische temperatuur om terug austeniet te verkrijgen. Omdat je terug een fasetransformatie
bent ondergaan, heb je in de nieuwe austenitische fase veel meer en kleinere korrels dan dat je
oorspronkelijk had in austeniet. Daarna moet je snel zijn want de korrels gaan beginnen groeien ten
koste van anderen, dan ga je weer afkoelen tot perliet.
Doel: De nieuwe structuur is een perliet structuur met een veel fijnere lamellaire structuur.
1
,Annealing / gloeien
1. Zachtgloeien
Eerst afkoelen tot perliet, dan terug verwarmen. Dan krijg je sferische bollen van cementiet in een
ferriet matrix. Je krijgt GEEN grof perliet.
Resultaat: zacht en ductiel materiaal vergeleken met normaal perliet en bainiet.
Full annealing
een temperatuur nodig die 50°C hoger is dan de eutectoïde temperatuur. Bij deze temperatuur zullen
alle ferrite en pearlite worden omgezet in austeniet (en mogelijk cementiet). Vervolgens wordt de
legering langzaam afgekoeld in een oven, waarbij de oven wordt uitgeschakeld en zowel de oven als het
staal op dezelfde snelheid afkoelen tot kamertemperatuur, wat enkele uren duurt. Het
microstructuurproduct van deze warmtebehandeling is grove pearlite (naast eventuele proeutectoïde
fasen) die relatief zacht en ductiel is. Dit betekent dat het staal na deze behandeling een grove
pearlietstructuur heeft met gunstige mechanische eigenschappen zoals ductiliteit en zachtheid.
Resultaat: ductiliteit neemt toe
2
, 2. Spanningsarm gloeien
Wordt gedaan bij materialen met heel wat restspanningen of thermische spanning na plastische
deformatie.
Werkstuk wordt opgewarmd tot bepaalde temperatuur (niet te hoog zodat effecten van plastische
deformatie niet teniet worden gedaan) en hier gehouden tot uniforme temperatuurverdeling over heel
het werkstuk. Daarna afgekoeld in lucht tot kamertemperatuur. Door de extra energie te geven aan de
lijndislocaties (ongelijke verdeling van atomen), zullen deze dislocaties naar elkaar toe bewegen en
elkaar opheffen. Dit heeft een invloed op de ductiliteit van het materiaal.
Resultaat: ductiliteit neemt toe, reduceert spanningen
3. Recristallisatiegloeien
Wordt gedaan bij koudvervormde materialen. Door koudvervormen bevinden de atomen zich niet in de
minimum energiepositie ( = niet omringd door optimaal aantal buren)
Energie wordt toegevoegd (door temperatuur op te drijven, maar niet te hoog om oxidatie te vermijden)
aan de korrelgrenzen van de defecten, hierdoor worden nieuwe korrels gevormd aan deze
korrelgrenzen. De hele structuur krijgt dus nieuwe ferriet kristallen, zonder dat het materiaal een
faseverandering ondergaat. Deze structuur is veel stabieler dan de oorspronkelijke koudvervormde
structuur.
Temperatuur is afhankelijk van hoeveel er koudvervormd is geweest. Hoe meer koudvervorming, hoe
lager de rekristallisatie temperatuur moet zijn. Vaak de helft van smelttemperatuur.
Resultaat: sterkte daalt, ductiliteit neemt toe, reduceert spanningen
Precipitatiehardenen
Enkel gedaan bij structuren die bij afkoelen van 1 fase overgaan naar 2 fasen.
Hierbij wordt het materiaal langdurig gegloeid op relatief lage temperatuur waardoor kleine, uniform
verspreide partikels (precipitaties) gevormd worden als tweede fase in de originele fase matrix.
1. Eerste warmtebehandeling: oplossingswarmte behandeling. Hier worden alle oplosbare atomen
opgelost tot er een eenfasige structuur ontstaat. Dit is gevolgd door een snelle afkoeling naar
kamertemperatuur zodat diffusie van een tweede fase vermeden wordt. Er ontstaat een
onstabiele situatie met 1 fase met supergesatureerde C-atomen.
2. Tweede warmtebehandeling: precipitatie hardenen. We verwarmen de supergesatureerde fase
tot een bepaalde temperatuur bij dewelke diffusie kan plaatsvinden. We blijven op deze
temperatuur (= verouderen) en hier worden partikels van een nieuwe fase gevormd. Deze
hinderen de dislocaties en zijn zeer sterk en hard.
3. Legering is terug gekoeld naar kamertemperatuur. Snelheid is niet van belang. Het terug koelen
wordt gedaan net op het moment dat de precipitaten een volledig aparte fase gaan beginnen
3
, vormen, wanneer ze zich gaan loskoppelen van het kristalstructuur van de eerste fase ( Guinier
Preston Zone)
Let op: verouderingstap mag niet te lang duren want dan groeien de korrels te veel en gaat de sterkte
weer afnemen !!
Resultaat: sterkte neemt toe, kan krimp veroorzaken
Verschil met tempering martensiet: Bij precipitatie hardening wordt niet een even grote hardheid
behaalt als bij tempering, wanneer het materiaal zacht of hard is, is ook heel verschillend van elkaar.
Ook: bij precipitatiehardening wordt de harheid ingebracht door partikels, bij martensiet tempering
wordt de bestaande structuur omgevormd naar een hardere structuur door het afkoelen
4
H1-2
Tempering
Temperen wordt gedaan om de brosse en harde structuur van martensiet weer wat taaier en ductieler
te maken. Dit wordt gedaan door het gevormde martensiet terug om te warmen tot boven Ms waardoor
je weer cementiet en ferriet krijgt. Daarna ga je weer traag afkoelen. Dit is getempered martensiet en is
veel taaier en ductieler. Je boet in op sterkte.
Is vaak nodig voor dingen zoals de binnenkant van tandwielen die niet even sterk moet zijn als de
buitenkant/ tanden.
Martempering
Dit is een alternatief op temperen om problemen van scheuren te vermijden die voorkomen bij normaal
temperen.
Werkwijze:
1. Werkstuk wordt tot net boven martensiet temperatuur gebracht (Ms) en hier even gehouden
totdat de temperatuur uniform is over heel het stuk.
2. Hierna wordt het werkstuk in lucht of olie ondergedompeld waarna het afkoelt tot
kamertemperatuur = quenching. Deze stap vermijd dat er perliet, austeniet of bainiet wordt
gevormd.
3. Nu hebben we martensiet. Om de taaiheid en ductiliteit weer op te drijven gaan we die terug
verwarmen tot boven Ms (iets boven omgevingstemperatuur). Dan terug afkoelen in lucht zodat
het materiaal een trage en gecontroleerde afkoeling ondergaat.
Austempering
Dit is ook een alternatief op tempering om scheuren die door temperen ontstaan te vermijden.
1. Werkstuk wordt afgekoeld tot net boven Ms en hier gehouden tot er bainiet wordt gevormd.
Deze microstructuur is stabieler dan martensiet. Verdere koeling maakt geen martensiet meer.
Waarom dit niet gewoon doen? Kan heel duur worden want afhankelijk van koolstofgehalte kan dit heel
lang duren.
Normaliseren
Nadat je staal hebt gevormd, dus perliet hebt gevormd, ga je terug verwarmen tot boven
eutectoïdische temperatuur om terug austeniet te verkrijgen. Omdat je terug een fasetransformatie
bent ondergaan, heb je in de nieuwe austenitische fase veel meer en kleinere korrels dan dat je
oorspronkelijk had in austeniet. Daarna moet je snel zijn want de korrels gaan beginnen groeien ten
koste van anderen, dan ga je weer afkoelen tot perliet.
Doel: De nieuwe structuur is een perliet structuur met een veel fijnere lamellaire structuur.
1
,Annealing / gloeien
1. Zachtgloeien
Eerst afkoelen tot perliet, dan terug verwarmen. Dan krijg je sferische bollen van cementiet in een
ferriet matrix. Je krijgt GEEN grof perliet.
Resultaat: zacht en ductiel materiaal vergeleken met normaal perliet en bainiet.
Full annealing
een temperatuur nodig die 50°C hoger is dan de eutectoïde temperatuur. Bij deze temperatuur zullen
alle ferrite en pearlite worden omgezet in austeniet (en mogelijk cementiet). Vervolgens wordt de
legering langzaam afgekoeld in een oven, waarbij de oven wordt uitgeschakeld en zowel de oven als het
staal op dezelfde snelheid afkoelen tot kamertemperatuur, wat enkele uren duurt. Het
microstructuurproduct van deze warmtebehandeling is grove pearlite (naast eventuele proeutectoïde
fasen) die relatief zacht en ductiel is. Dit betekent dat het staal na deze behandeling een grove
pearlietstructuur heeft met gunstige mechanische eigenschappen zoals ductiliteit en zachtheid.
Resultaat: ductiliteit neemt toe
2
, 2. Spanningsarm gloeien
Wordt gedaan bij materialen met heel wat restspanningen of thermische spanning na plastische
deformatie.
Werkstuk wordt opgewarmd tot bepaalde temperatuur (niet te hoog zodat effecten van plastische
deformatie niet teniet worden gedaan) en hier gehouden tot uniforme temperatuurverdeling over heel
het werkstuk. Daarna afgekoeld in lucht tot kamertemperatuur. Door de extra energie te geven aan de
lijndislocaties (ongelijke verdeling van atomen), zullen deze dislocaties naar elkaar toe bewegen en
elkaar opheffen. Dit heeft een invloed op de ductiliteit van het materiaal.
Resultaat: ductiliteit neemt toe, reduceert spanningen
3. Recristallisatiegloeien
Wordt gedaan bij koudvervormde materialen. Door koudvervormen bevinden de atomen zich niet in de
minimum energiepositie ( = niet omringd door optimaal aantal buren)
Energie wordt toegevoegd (door temperatuur op te drijven, maar niet te hoog om oxidatie te vermijden)
aan de korrelgrenzen van de defecten, hierdoor worden nieuwe korrels gevormd aan deze
korrelgrenzen. De hele structuur krijgt dus nieuwe ferriet kristallen, zonder dat het materiaal een
faseverandering ondergaat. Deze structuur is veel stabieler dan de oorspronkelijke koudvervormde
structuur.
Temperatuur is afhankelijk van hoeveel er koudvervormd is geweest. Hoe meer koudvervorming, hoe
lager de rekristallisatie temperatuur moet zijn. Vaak de helft van smelttemperatuur.
Resultaat: sterkte daalt, ductiliteit neemt toe, reduceert spanningen
Precipitatiehardenen
Enkel gedaan bij structuren die bij afkoelen van 1 fase overgaan naar 2 fasen.
Hierbij wordt het materiaal langdurig gegloeid op relatief lage temperatuur waardoor kleine, uniform
verspreide partikels (precipitaties) gevormd worden als tweede fase in de originele fase matrix.
1. Eerste warmtebehandeling: oplossingswarmte behandeling. Hier worden alle oplosbare atomen
opgelost tot er een eenfasige structuur ontstaat. Dit is gevolgd door een snelle afkoeling naar
kamertemperatuur zodat diffusie van een tweede fase vermeden wordt. Er ontstaat een
onstabiele situatie met 1 fase met supergesatureerde C-atomen.
2. Tweede warmtebehandeling: precipitatie hardenen. We verwarmen de supergesatureerde fase
tot een bepaalde temperatuur bij dewelke diffusie kan plaatsvinden. We blijven op deze
temperatuur (= verouderen) en hier worden partikels van een nieuwe fase gevormd. Deze
hinderen de dislocaties en zijn zeer sterk en hard.
3. Legering is terug gekoeld naar kamertemperatuur. Snelheid is niet van belang. Het terug koelen
wordt gedaan net op het moment dat de precipitaten een volledig aparte fase gaan beginnen
3
, vormen, wanneer ze zich gaan loskoppelen van het kristalstructuur van de eerste fase ( Guinier
Preston Zone)
Let op: verouderingstap mag niet te lang duren want dan groeien de korrels te veel en gaat de sterkte
weer afnemen !!
Resultaat: sterkte neemt toe, kan krimp veroorzaken
Verschil met tempering martensiet: Bij precipitatie hardening wordt niet een even grote hardheid
behaalt als bij tempering, wanneer het materiaal zacht of hard is, is ook heel verschillend van elkaar.
Ook: bij precipitatiehardening wordt de harheid ingebracht door partikels, bij martensiet tempering
wordt de bestaande structuur omgevormd naar een hardere structuur door het afkoelen
4
